Pdf

Transcript

U1 Organisatorisches U1 Organisatorisches ■ Tafelübungen: Windows-Umgebung ◆ Räume 01.155-N und 01.153 ◆ Integrierte Entwicklungsumgebung AVR-Studio ■ Rechnerübungen (SPiC) ◆ Raum 01.155 ◆ Verwendung eine Windows-VM unter Linux ■ Ziele der heutigen Tafelübung (1) wie schreibe ich ein Programm unter Windows (2) wie lade ich dieses Programm auf das Entwicklungsboard SPiC - Ü (3) wie arbeite ich das Programm schrittweise ab (Fehlersuche/Debugging) (4) wie gebe ich eine Übungsaufgabe ab (unter Linux) Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.1 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-1 Login in die Windows-Umgebung U1-1 Login in die Windows-Umgebung ■ Zur Nutzung der Windows-PCs zunächst mit dem Kommando /local/ciptools/bin/setsambapw ein Windows-Passwort setzen. ➤ Achtung: Passwörter werden erst nach etwa 10 Minuten aktiv! ■ Setzen Sie jetzt soweit noch nicht geschehen im Raum 01.155 Ihr Windows-Passwort SPiC - Ü ■ Melden Sie sich dann an der Windows-Domäne ICIP an Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.2 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-2 Tafelübung U1-2 Tafelübung ■ Keine Anwesenheitspflicht ■ Es wird jedoch eine zufällig ausgewählte Lösung besprochen; Bei abwesenheit gibt es gegebenenfalls 0 Punkte. SPiC - Ü ◆ Gegebenenfalls vorher beim Übungsleiter abmelden Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.3 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-3 Rechnerübungen (SPiC) U1-3 Rechnerübungen (SPiC) ■ Termine: ◆ Mo 12:00 - 14:00 ◆ Mi 8:00 - 10:00 ◆ Mi 14:00 - 16:00 ◆ Do 10:00 - 12:00 ◆ Do 16:00 - 18:00 ■ Sonstiges: SPiC - Ü ◆ wenn bis 30 Minuten nach Übungsbeginn (hh:30 Uhr) keine Teilnehmer anwesend sind, können die Übungsleiter die Rechnerübung vorzeitig beenden ◆ In 01.155 sind Linux-Rechner. Es gibt daher die Möglichkeit in einer Virtuellen Maschine unter Windows zu arbeiten. Alternativ ist auch das Arbeiten unter Linux möglich. Siehe Anhang. ◆ Genaue Anleitung zur KVM auf der Webseite Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.4 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-4 Entwicklungsboards U1-4 Entwicklungsboards ■ 30 SPiC-Boards ◆ ATmega32-Mikrokontroller (MCU) ■ 22 Hardware-Debugger (groß mit 10-pol. Stecker) ◆ Entwicklung direkt auf den Boards ◆ Überwachung des Programms während der Ausführung (Debugging) ◆ Nutzung des Simulators entfällt ◆ Anschluss an den JTAG-Port des Boards ■ 10 ISP-Programmer (klein mit 6-pol. Stecker) ◆ kein Debugging möglich SPiC - Ü ◆ Anschluss an den ISP-Port des Boards Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.5 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-4 Entwicklungsboards U1-4 Entwicklungsboards LED Reihe (active low) LED 0 (Red 0, PD7) T (e ast nt er pr 0 el lt, PD 2) T (p ast re er llt 1 ,P D 3) JTAG Anschluss LED 1 (Yellow 0, PC0) Stromversorgung LED 2 (Green 0, PC1) LED 3 (Blue 0, PC6) LED 4 (Red 1, PC7) LED 5 (Yellow 1, PA7) 7−Segment Anzeigen LED 6 (Green 1, PA6) Einer (Connector PD1) LED 7 (Blue 1, PA5) Zehner (Connector PD0) PB3 PB5 ISP Anschluss PB2 PB1 Fotowiderstand an ADC0 (active low) PB6 SPiC - Ü PB4 Potentiometer (POTI) an ADC1 PB0 Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.6 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-5 SPiCboard-Bibliothek U1-5 SPiCboard-Bibliothek ■ Funktionsbibliothek zur einfachen Verwendung der Hardware ◆ Konfiguration des Mikrokontrollers durch den Anwender entfällt ■ V erwendung v.a. in der Anfangsphase ■ Dokumentation zu den einzelnen Funktionen online verfügbar SPiC - Ü http://www4.cs.fau.de/Lehre/SS10/V_SPIC/Uebung/doc http://www4.cs.fau.de/Lehre/SS10/V_GSPIC/Uebung/doc Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.7 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-5 SPiCboard-Bibliothek 1 Projektverzeichnisse ■ Spezielle Projektverzeichnisse zur Bearbeitung der Übungsaufgaben ➤ Unter Linux: /proj/i4gspic/login-Name ➤ Unter Windows: Laufwerk P: ■ Aufgaben sollten ausschließlich im Projektverzeichnis bearbeitet werden ➤ Nur vom eigenen Benutzer lesbar ➤ Suchverzeichnis des Abgabeprogramms ■ Werden nach Waffel-Anmeldung binnen eines Tages erzeugt 2 UNIX-Heimverzeichnisse SPiC - Ü ■ Unter Windows: Laufwerk H: ■ Zugriff auf Ihre Dateien aus der Linux-Umgebung Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.8 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-5 SPiCboard-Bibliothek 3 Vorgabeverzeichnis ■ Unter Linux: /proj/i4gspic/pub ■ Unter Windows: Laufwerk Q: ■ Hilfsmaterial zu einzelnen Übungsaufgaben ➤ z.B. /proj/i4gspic/pub/aufgabe0 ■ Testprogramm für die Entwicklungsboards ➤ /proj/i4gspic/pub/boardtest ■ Hilfsbibliothek (Board-Support-Package) und Dokumentation ➤ /proj/i4gspic/pub/i4 SPiC - Ü ■ Werkzeuge zur Entwicklung unter Linux ➤ /proj/i4gspic/pub/tools Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.9 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-6 Windows-Umgebung U1-6 Windows-Umgebung ■ Verwendung der Entwicklungsumgebung AVR-Studio ◆ vereint Editor, Compiler und Debugger in einer Umgebung ◆ komfortable Nutzung der JTAGICE-Debugger 1 Compiler ■ Um auf einem PC Programme für den AVR-Mikrokontroller zu erstellen, wird ein Cross-Compiler benötigt ◆ Ein Cross-Compiler ist ein Compiler, der Code für eine Architektur generiert, die von der Architektur des Rechners, auf dem der Compiler ausgeführt wird, verschieden ist. SPiC - Ü ◆ Hier: Compiler läuft auf Intel x86 und generiert Code für AVR. ◆ AVR-Studio + WinAVR (Windows) ◆ GNU Compiler Collection (GCC) unter Linux Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.10 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-6 Windows-Umgebung 2 AVR Studio ■ Entwicklungsumgebung von Atmel ■ Simulator und Debugger für alle AVR-Mikrokontroller ■ Start über das Startmenü Start - Alle Programme - Atmel AVR Tools - AVR Studio 4 ■ Anlegen eines neuen Projekts ◆ Projekttyp: AVR GCC ◆ Projektname: aufgabe0 ◆ Create Initial File und Create Folder aktivieren ◆ Initial File: blink.c SPiC - Ü ◆ Location: P:\ ■ Auswahl der Plattform JTAGICE mkII mit dem Gerät ATMega32 ◆ bei Verwendung der (kleinen) Programmer AVRISP mkII Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.11 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-6 Windows-Umgebung 3 AVR Studio-Projekteinstellungen ■ Setzen der Projekteinstellungen (Project - Configuration Options) ◆ Frequency: 1000000 Hz (1 MHz = 1.000.000) ◆ Optimization: -O0 ◆ Wichtig: Die vier Haken rechts daneben deaktivieren ■ Bereich Include Directories: Q:\i4\ aufnehmen ■ Bereich Libraries (bei Verwendung der SPiCboard-Bibliothek) ◆ Q:\i4\ in Library Search Path aufnehmen ◆ libspicboard.a bei Available Link Objects anwählen, Add Library klicken ■ Compileroptionen im Bereich Custom Options SPiC - Ü ◆ -std=gnu99 entfernen ◆ -ansi hinzufügen ◆ -pedantic hinzufügen ◆ -ffreestanding hinzufügen Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.12 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-6 Windows-Umgebung 4 Erstellen einer main()-Funktion ■ Auf dem Mikrokontroller ist die main()-Funktion vom Typ void main(void); ➤ Sollte niemals zurückkehren (wohin?) ➤ Rückgabetyp daher nicht sinnvoll ➤ Freistehende Umgebung (-ffreestanding) ■ Beispiel: Grüne LED einschalten SPiC - Ü #include void main(void) { int i=0; sb_led_on(GREEN0); while(1) { /* Endlosschleife*/ i++; } } ■ Kompilieren des Programmes mit F7 oder Build - Build Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.13 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-6 Windows-Umgebung 5 Flashen des Programms auf die MCU ■ Mit dem Debugger/Programmer verbinden Tools - Program AVR - Auto Connect ◆ ggf. aktuell angeschlossenen Debugger/Programmer auswählen ■ Reiter Main ◆ Device: ATmega32 ◆ wenn Debugger angeschlossen: Programming Mode: JTAG mode ◆ wenn Programmer angeschlossen: ISP Frequency max. 250 kHz ■ Reiter Program, Bereich Flash ◆ Input HEX File: aktuell übersetztes Programm auswählen SPiC - Ü ◆ normalerweise im Unterverzeichnis default des Projektverzeichnisses ◆ z.B. blink.hex ■ Program klicken, Programm wird auf die MCU geflasht Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.14 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-6 Windows-Umgebung 6 Starten des Simulators/Debuggers ■ Start des Debugging-Modus über Debug - Start Debugging ◆ Programm muss vorher nicht geflasht werden ■ Das Programm wird zunächst beim Betreten von main() angehalten ◆ Normal laufen lassen mit F5 oder Debug - Run ◆ Schrittweise abarbeiten mit ➤ F10 (step over): Funktionsaufrufe werden in einem Schritt bearbeitet ➤ F11 (step into): Bei Funktionsaufrufen wird die Funktion betreten ■ Die I/O-Ansicht (rechts) gibt Einblick in die Zustände der I/O-Register ◆ Die Register können auch direkt geändert werden. Funktion beenden SPiC - Ü ■ Breakpoints unterbrechen das Programm einer bestimmen Stelle ◆ Codezeile anklicken, dann F9 oder Debug - Toggle Breakpoint ◆ Programm laufen lassen (F5), stoppt wenn ein Breakpoint erreicht wird Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.15 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-6 Windows-Umgebung 7 Starten des Simulators/Debuggers 2 Debugger starten Breakpoint setzen Kompilieren, flashen und starten SPiC - Ü Kompilieren Debuggen beenden Autom. schrittweise Ausführung Programm ausführen Reset Nächste Anw. (Funk. überspingen) Nächste Anweisung ausführen Aktueller Befehl Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.16 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-6 Windows-Umgebung 8 Programm abgeben ■ Abgabeskript funktioniert nur in Linux-Umgebung ■ Remote-Login auf den Linux-Rechnern über (1) SSH (nur Terminalfenster) ◆ im Startmenü Secure Shell Client starten ◆ verbinden mit einem beliebigen Linux-Rechner, z.B. faui01 ◆ Login mit den UNIX-Zugangsdaten (2) Remote X (volle grafische Desktop-Umgebung) ◆ im Startmenü im Menü Linux-Terminal einen beliebigen Rechner wählen ◆ Login-Fenster erscheint, dort anmelden SPiC - Ü ◆ danach ein Terminal-Fenster öffnen, z.B. Konsole unter KDE ■ Im Terminal-Fenster folgendes Kommando ausführen: /proj/i4gspic/pub/abgabe aufgabe0 ◆ hierbei die aktuelle Aufgabe einsetzen Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.17 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-6 Windows-Umgebung UNIX/Linux ■ In der Übung arbeiten wir mit der AVRStudio Umgebung unter Windows ◆ Grundsätzlich gibt es auch die Möglichkeit, unter Linux zu arbeiten ◆ In der Übung nicht behandelt SPiC - Ü ◆ Bei persönlichem Interesse mögen die folgenden Informationen hilfreich sein Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.18 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-7 UNIX/Linux Benutzerumgebung U1-7 UNIX/Linux Benutzerumgebung ■ Kommandointerpreter (Shell) ➤ Programm, das Kommandos entgegennimmt und ausführt ➤ verschiedene Varianten, am häufigsten unter Linux: bash oder tcsh ■ Sonderzeichen ◆ einige Zeichen haben unter UNIX besondere Bedeutung ◆ Funktionen: ➤ Korrektur von Tippfehlern ➤ Einwirkung auf den Ablauf von Programmen ■ Übersicht: ( = ) SPiC - Ü letztes Zeichen löschen (manchmal auch ) - C Interrupt - Programm wird abgebrochen - Z Stop - Programm wird gestoppt (Fortsetzen mit fg) - D End-of-File Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.19 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-7 UNIX/Linux Benutzerumgebung 1 Toolchain: Vom Quellcode zum geflashten Binärabbild (1) Erstellen des Programmquellcodes mit einem Texteditor (z.B. vim oder kate) ◆ das Programm besteht ggf. aus mehreren Modulen ( = .c-Dateien ) ◆ und ggf. einer Schnittstellenbeschreibung/Header pro Modul ( = .h-Dateien ) ◆ modulare Programmierung ist Gegenstand einer späteren Übung (2) Übersetzen der C-Module zu Objektdateien mit einem C-Compiler (GCC) ◆ jedes C-Modul wird zu einer Objektdatei ( = .o-Datei ) kompiliert ◆ da wir Binärcode für den AVR erzeugen wollen, verwenden wir einen AVRCrosscompiler (avr-gcc) avr-gcc -c -o modul2.o modul2.c SPiC - Ü (3) Linken/Binden der Objektdateien zu einem ladbaren ELF-Binärabbild (.elf-Datei) ◆ mit GCC oder LD avr-gcc -o program.elf modul1.o modul2.o (4) Flashen des Binärabbilds auf den Mikrokontroller ◆ z.B. mit avarice oder avrdude Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.20 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-7 UNIX/Linux Benutzerumgebung 2 Toolchain-Überblick modul1.c modul2.c C-Quelltext Kompilieren modul1.o modul2.o AVR-Objektcode Binden program.elf AVR-ELF Binärabbild (program.hex) SPiC - Ü Flashen Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.21 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-7 UNIX/Linux Benutzerumgebung 3 Texteditoren ■ verschiedene Editoren unter UNIX verfügbar ◆ vim ◆ emacs ■ für Einsteiger zu empfehlen: kate ◆ Starten ➤ durch Eingabe von kate in einer Shell ➤ oder über Auswahlmenü von KDE ■ Abspeichern der Quelltexte in Dateien mit der Endung .c im Projektverzeichnis SPiC - Ü ◆ die zu entwickelnden Module und Dateinamen sind in der Aufgabenstellung vorgegeben Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.22 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-7 UNIX/Linux Benutzerumgebung 4 Kompilieren der C-Module ■ C-Quellcode wird mit einem C-Compiler (z.B. GCC) zu Binärcode für die Zielarchitektur (hier: 8-bit AVR) übersetzt: avr-gcc ■ Jede .c-Datei wird in eine Objektdatei übersetzt: Compileroption -c ■ Referenzen auf externe Symbole werden hierbei noch nicht aufgelöst ■ Weitere Compiler-Flags ◆ -mmcu=atmega32: teilt dem Compiler den Typ der Ziel-CPU mit ◆ -ansi: wählt den C-Standard ISO C90 ◆ -Wall: aktiviert viele Warnungen, die auf evtl. Programmierfehler hinweisen SPiC - Ü ◆ -pedantic: aktiviert weitere Warnungen in Bezug auf ISO-C-Konformität ◆ -O0 bzw. -Os: Optimierungen deaktivieren bzw. nach Größe optimieren ☞ Debuggen mit -O0 -g, Testen mit -Os ■ Übersetzung eines C-Moduls modul.c dann zu modul.o mit Aufruf: avr-gcc -Os -c -mmcu=atmega32 -ansi -pedantic -Wall modul.c Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.23 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-7 UNIX/Linux Benutzerumgebung 5 Binden der Objektdateien ■ Im Bindeschritt werden offene Symbolreferenzen aufgelöst ■ Binden z.B. mit avr-gcc ■ Beispiel: Programm aus den Modulen modul1.o und modul2.o ◆ mit avr-gcc (-o bestimmt den Namen der Zieldatei, hier program.elf): avr-gcc -mmcu=atmega32 -o program.elf modul1.o modul2.o ■ GCC kann auch in einem Schritt kompilieren und binden: avr-gcc -mmcu=atmega32 ... -o program.elf modul1.c modul2.c ◆ Vorteil: Übersetzer sieht komplettes Programm ➡ globale Optimierungen SPiC - Ü • in aktuellen GCC Versionen: Compiler-Flags -combine -fwhole-program ◆ Nachteil: Alle Module müssen komplett übersetzt werden, auch wenn man nur ein Modul verändert hat ◆ Für kleine Programme ist diese Variante aber oft die bessere Wahl Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.24 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-7 UNIX/Linux Benutzerumgebung 6 Flashen des ELF-Images ■ Ablegen des Binärabbilds im Flash-ROM des Mikrokontrollers ◆ z.B. mit unserem Debugger und dem Programm avarice ◆ wir haben das entsprechende Kommando in einem Makefile abgelegt ◆ Beispiel: Flashen des Binärabbilds program.hex: make -f /proj/i4gspic/pub/i4/debug.mk program.hex.flash ■ Nach jedem Reset lädt der Bootloader des Mikrokontrollers die relevanten Sektionen in den RAM und startet die Ausführung SPiC - Ü ■ Für einfache Programme (nur eine C-Datei program.c) übernimmt obiger Aufruf zum Flashen auch die Übersetzung Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.25 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-7 UNIX/Linux Benutzerumgebung 7 Debugging unter Linux (Hintergrundinfo) ■ Der Debugger vereinfacht die Fehlersuche im Programm ◆ schrittweises Abarbeiten des Programms ◆ Beobachten der Werte von Variablen ◆ Haltepunkte (Breakpoints), auch abhängig von Bedingungen ■ Die JTAG-Debugger erlauben das Debugging der Ausführung direkt auf dem Mikrokontroller ■ Unter Linux ist das Debugging leider mit Schmerzen verbunden ◆ Stepping durch den Code sehr langsam SPiC - Ü ◆ GDB-Stub stürzt gelegentlich ab Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.26 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-7 UNIX/Linux Benutzerumgebung 7 Anschluss des Debuggers ■ Verbinden des Debuggers mit dem JTAG-Anschluss auf dem SPiCboard ■ Board und Debugger an zwei USB-Ports des Rechners anschließen ◆ Achtung: der Debugger funktioniert nicht zuverlässig an den SunRays, daher "richtige" Rechner verwenden ■ Das Programm avarice öffnet einen GDB-Stub und fungiert so als Mittler zwischen JTAG-Debugger und Software-Debugger (avr-gdb) ■ GDB-Stub-Rechner und Debug-Rechner sind normalerweise identisch SPiC - Ü JTAG USB TCP/IP avarice SPiCboard JTAG ICE GDB-Stub avr-gdb GDB Debugger Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.27 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-7 UNIX/Linux Benutzerumgebung 7 Verwendung des Debuggers ■ Flashen des Binärabbilds program.elf in den Mikrokontroller ◆ das Binärabbild sollte mit Debug-Symbolen erzeugt werden: ☞ zusätzliches Compiler-Flag -g bei der Übersetzung verwenden ◆ Compiler-Optimierungen sollten deaktiviert werden: -O0 ■ Starten des GDB-Stubs avarice make -f /proj/i4gspic/pub/i4/debug.mk dbgstub ■ Starten des Debuggers avr-gdb auf dem gleichen Rechner avr-gdb program.elf SPiC - Ü ◆ das hier verwendete Binärimage muss mit dem in den Mikrokontroller geflashten Abbild übereinstimmen! ■ Verbinden des Debuggers mit dem GDB-Stub target remote localhost:4242 ■ Das Programm ist gestoppt an der ersten Instruktion Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.28 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-7 UNIX/Linux Benutzerumgebung 7 Wichtige GDB-Kommandos ■ Schrittweises Abarbeiten des Programms ◆ n: führt nächste Zeile C-Code aus, übergeht Funktionen ◆ s: wie n, steigt aber in Funktionen ab ■ Setzen von Breakpoints (Haltepunkten) ◆ Anzahl durch die Hardware auf 3 beschränkt ◆ b [Dateiname:]Funktionsname [condition] ◆ b Dateiname:Zeilennr. [condition] ◆ Die Ausführung stoppt bei Erreichen der angegebenen Stelle ◆ wenn condition angeben (C-Ausdruck) nur dann, wenn Bedingung erfüllt ist SPiC - Ü ◆ Breakpoints anzeigen: info breakpoints ◆ Breakpoint löschen (Nr. des Breakpoints aus Anzeige): d BreakpointNr ■ Fortsetzen der Programmausführung bis zu Haltepunkt: c Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.29 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors. U1-7 UNIX/Linux Benutzerumgebung 7 Wichtige GDB-Kommandos ■ Watchpoints: Stop der Ausführung bei Zugriff auf eine bestimmte Variable ◆ watch expr: Stoppt, wenn sich Wert des C-Ausdrucks expr ändert ◆ rwatch expr: Stoppt, wenn expr gelesen wird ◆ awatch expr: Stoppt bei jedem Zugriff (kombiniert rwatch und watch) ◆ expr ist ein C-Ausdruck, im einfachsten Fall der Name einer Variable ◆ Achtung: für jedes Byte des Ausdruks wird ein Hardware-Breakpoints verbraucht, watch auf einen int belegt also zwei Hardware-Breakpoints! SPiC - Ü ■ Weitere im Reference-Sheet (☞ Doku-Bereich der Webseite) Systemnahe Programmierung in C — Übungen  Moritz Strübe, Michael Stilkerich • Universität Erlangen-Nürnberg • Informatik 4, 2010 U1.fm 2010-05-03 11.04 U1.30 Reproduktion jeder Art oder Verwendung dieser Unterlage, außer zu Lehrzwecken an der Universität Erlangen-Nürnberg, bedarf der Zustimmung des Autors.